同步电动机和同步调相机

关于同步电动机和同步调相机[要求]●理解同步电机由发电机状态过渡到电动机状态的可逆原理。●掌握同步电动机的电动势方程式、相量图和功率因数的可调原理。●掌握同步电动机的功角特性和磁阻电动机的工作原理。●掌握同步电动机的起动方法。●掌握同步调相机的工作原理和特点。第2页,共17页，2024年2月25日，星期天15.1同步电动机的工作原理同步电机可作：发电机运行、电动机运行、调相机运行。一、同步电机的可逆原理1.发电机运行

电磁转矩为制动转矩。

转子磁场在前合成磁场在后

机械功率→电功率第3页,共17页，2024年2月25日，星期天逐渐调节发电机

空载2.空载运行

如果撤去原动机:同步发电机空载运行

电动机

空载这是，合成磁场略超前转子磁场，若忽略空载损耗，则第4页,共17页，2024年2月25日，星期天如果撤去原动机，并带上机械负载：3.同步电动机运行合成磁场在前转子磁场在后电功率→机械功率电磁转矩为驱动转矩第5页,共17页，2024年2月25日，星期天电动机发电机空载第6页,共17页，2024年2月25日，星期天二、同步电动机的电动势方程式及相量图按发电机惯例画图，隐极同步电动机的相量图和等效电路：有功电流为负值，可见：无功电流滞后电压90o发出负的有功功率，即从电网吸收有功功率；发出感性无功功率，即从电网吸收容性无功功率。说明：发电机向电网第7页,共17页，2024年2月25日，星期天隐极同步电动机凸极同步电动机按电动机惯例画图，同步电动机的相量图：同步电动机的电动势平衡方程电流相量转过第8页,共17页，2024年2月25日，星期天可见，过励运行的同步电动机，相当于电容器，可提高电网的功率因数。同步电动机的优点：改变励磁电流，可以改变无功电流的大小，从而改变功率因数的性质及大小。过励时，电动机输入的超前性（容性）无功电流增大；欠励时，电动机输入的滞后性（感性）无功电流增大。电动机输入电流与发电机输出电流方向相反，过励时，发电机输出滞后的电流，电动机输入超前的电流，电枢反应有去磁作用；欠励时，发电机输出超前的电流，电动机输入滞后的电流，电枢反应有增磁作用。同步电动机的电枢反应性质：[例15.1.1]第9页,共17页，2024年2月25日，星期天15.2同步电动机的功角特性与磁阻电动机一、同步电动机的功角特性发出负功率，即吸收功率。发电机运行时，为正；电动机运行时，为负。按发电机来写电动机功角特性（吸收正功率）按电动机来写电动机功角特性：（设为正）第10页,共17页，2024年2月25日，星期天二、磁阻电动机在小容量凸极同步电动机中，转子上不安放励磁绕组，此时电动机的电磁功率为：该电磁功率对应的电磁转矩，称为磁阻转矩。可见，凸极同步电动机的转子上无励磁时，也能拖动一定的机械负载工作。它是由于电机的交、直磁阻不等（）而产生的。这种电动机称为磁阻电动机。第11页,共17页，2024年2月25日，星期天15.3同步电动机的起动一、同步电动机不能自行起动同步电动机定子接入电源时，定子磁场立即以同步速旋转，转子因惯性不能立即旋转起来，转子时而受到逆时针方向的转矩，时而又受到顺时针方向的转矩，因此起动时转子上的平均转矩为零。所以，同步电动机不能自行起动

。第12页,共17页，2024年2月25日，星期天二、同步电动机的起动方法对于凸极同步电动机，由于存在磁阻转矩，很容易被拉入同步，因此，为了改善起动性能，同步电动机大多采用凸极式结构。转子磁极表面装有导条短路绕组，称为起动绕组，实际上也是阻尼绕组。起动时，把励磁绕组串联一个比自身电阻大5～10倍电阻后再短接起来。当定子加上电压后，定子旋转磁场与转子起动绕组产生异步转矩，而使转子转动，当转速上升到接近同步转速时，再给转子加上励磁，把转子拉入同步转速旋转。注意：起动时励磁绕组不能开路，否则将产生高电压；励磁绕组也不能直接短路，否则对起动将产生不利影响。1.异步起动第13页,共17页，2024年2月25日，星期天选用与同步电动机极数相同的异步电动机（容量为主机的5%～15%）作为辅助电动机。首先给辅助电动机加交流电源，使其拖动同步电动机旋转，当转速接近同步转速时，用自整步法将主机投入电源，并切断辅助电动机电源。这种方法只适合于空载起动，所需设备较多，操作复杂。2.辅助电动机起动3.变频起动同步电动机采用变频电源供电。起动时转子绕组加励磁建立磁极磁场，定子绕组接变频电源，以低频电压进行起动。随着转速升高逐步上调电源频率，则转子转速将始终跟随定子磁场转速而同步上升，直至额定转速。变频起动过程平稳，性能优越。采用变频器供电的交流电动机还可以实现无级调速。第14页,共17页，2024年2月25日，星期天15.4同步调相机同步调相机，也称同步补偿机，是一种专门设计的无功功率发电机，准确说，就是不带机械负载的同步电动机。它不发有功，只发无功，调节励磁电流大小可以调节无功大小及性质。正常励磁过励欠励同步调相机的相量图忽略损耗，则定子电流全是无功电流。正常励磁不发无功功率。过励时：向电网发出感性无功功率，即从电网吸取容性无功功率，调相机起电容器的作用。欠励时：向电网发出容性无功功率，即从电网吸取感性无功功率。第15页,共17页，2024年2月25日，星期天在电力网中，每100万kVA的发电容量，一般要求有15～30万kVar的调相容量与之配合，所以调相